Портал создан при поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

Колебательные полимеры

Искусственный полимер можно заставить периодически расширяться и сокращаться с помощью автоколебательной химической реакции.

Японский исследователь Такахиро Ямагучи из Института исследования наносистем при токийском Национальном институте технических наук (Nanosystem Research Institute National Institute of Advanced Industrial Science and Technology - AIST) разработал биополимерный материал, который способен ритмично сокращаться за счет протекающих в нем автоколебательных химических реакций. Главная особенность таких реакций – в циклическом изменении параметров, проявляющееся, например,  в изменении цвета. Точно так же могут меняться температура, концентрация веществ и т. д.  

Такахиро Ямагучи  из  Института исследования наносистем при токийском Национальном институте технических наук. Фото А. Паевского.
Такахиро Ямагучи из Института исследования наносистем при токийском Национальном институте технических наук. Фото А. Паевского.

Первая реакция такого рода была открыта в 1951 году советским биохимиком Борисом Белоусовым, наблюдавшим циклическое изменение окраски при окислении лимонной кислоты броматом калия, с ионами церия в качестве катализатора реакции. Ионы церия периодически окислялись и восстанавливались, из-за чего реакционная смесь меняла цвет. Механизм процесса и его математическая модель спустя десять лет были описаны Анатолием Жаботинским.

Впоследствии были найдены и другие реакции, чьи параметры периодически менялись из-за собственных, внутренних процессов химической системы. Все они объединяются под общим названием реакции Белоусова-Жаботинского. Химические автоколебательные процессы стали одним из самых популярных объектов исследования: с их помощью можно было изучать поведение сложных колебательных процессов, которые можно найти и в химии, и в физике, и в биологии. Результаты Такахиро Ямагучи – пример того, как химические автоколебания можно приспособить для решения не только фундаментальных, но и практических задач.

Обеспечим библиотеки России научными изданиями!

 По словам профессора Ямагучи, созданная им полимерная система сокращается совсем не так, как сокращаются клетки мышц, а как однородная среда, которая сначала равномерно расширяется во все стороны, а затем равномерно сжимается. Один цикл занимает несколько секунд, а общая продолжительность сокращений может достигать нескольких суток.

Японский ученый подчеркнул, что основа нового материала и используемые реактивы нетоксичны, а это значит, что такой автоколебательный полимер можно использовать в медицине. Он предполагает, что разработка окажется полезной для разработки микроскопических устройств, так называемых lab-on-chip (микросхемы полного анализа – микроприборы, которые позволяют осуществить один или несколько биохимических процессов на одном чипе площадью несколько квадратных миллиметров). Таким образом, химический процесс, долгое время бывший «досужей забавой» юных химиков (реакция Белоусова-Жаботинского – часто встречающаяся тема на химических олимпиадах и турнирах школьников), может получить реальное практическое применение.

О своей разработке Ямагучи доложил на крупной международной конференции ICENET-2014: «Неустойчивости в возбудимых сетях и возможности управления ими», которая была проведена в МФТИ 28-30 мая 2014 года и была посвящена биофизике сердечной мышцы и других возбудимых тканей.

Автор: Алексей Паевский, Алексей Тимошенко

Источник: www.nkj.ru

Статьи по теме